近年来，随着塑料制品的大量生产与广泛应用，塑料污染已成为世界范围内的环境问题。聚苯乙烯纳米微粒在土壤中的大量积累严重威胁了农作物生产和粮食安全。已有研究表明土壤中纳米塑料的积累改变了植物根际微环境，纳米塑料微粒可通过侧根出苗点进入植株，进而影响其生长发育过程。褪黑素是一种可以诱导植物生物胁迫和非生物胁迫抗性的小分子物质，但是目前关于褪黑素与聚苯乙烯纳米微粒互作机制仍不清楚。
　　东北地理所作物生理与栽培学科组研究人员以小麦为研究对象，针对褪黑素影响聚苯乙烯纳米微粒吸收、转运及生理作用进行了研究。借助激光共聚焦和扫描电镜观察发现，聚苯乙烯纳米微粒可以被小麦根系吸收，并且当小麦根系暴露于褪黑素和聚苯乙烯纳米微粒的混合溶液中时，小麦叶片和根系中聚苯乙烯纳米微粒的积累量减少。RT-qPCR分析表明，外源褪黑素能够调节叶片中水通道蛋白相关基因TIP2-9、PIP2、PIP3和PIP1.2的表达以及根系中TIP2-9、PIP1-5、PIP2和PIP1.2的表达。针对褪黑素处理减少聚苯乙烯纳米微粒对小麦影响的生理机制，研究人员从内源褪黑素代谢、碳水化合物代谢、活性氧代谢等三个方面对暴露于聚苯乙烯纳米微粒的小麦叶片和根系进行进一步的分析。结果表明，施加的外源褪黑素参与小麦植株对聚苯乙烯纳米微粒的响应，但不依赖于内源褪黑素代谢；同时，外源褪黑素施加还可以通过改变多种抗氧化酶活性（包括CAT、GST、APX、MDHAR、DHAR、GR和SOD）维持聚苯乙烯纳米微粒造成的氧化胁迫下小麦的氧化还原稳态平衡，并且通过改变碳水化合物代谢水平，保证小麦生长所需的物质和能量供应，从而增强植株对聚苯乙烯纳米微粒毒性的耐受性。
　　研究成果发表于Journal of Pineal Research（IF=13.007），由作物生理与栽培课题组博士研究生李书鑫和郭俊红（共同第一作者）、李向楠研究员（通讯作者）等完成。相关工作得到了国家优秀青年基金，国家自然科学基金，中科院****等项目资助。


　　论文信息：
　　Li Shuxin, Guo Junhong, Wang Tianya, Gong Lei, Liu Fulai, Marian Brestic, Liu Shengqun, Song Fengbin, Li Xiangnan*. Melatonin reduces nanoplastic uptake, translocation and toxicity in wheat. Journal of Pineal Research, 2021, DOI: 10.1111/jpi.12761.
　　文章链接：https://doi.org/10.1111/jpi.12761